事实上，红移是宇宙中最常见的现象。没有红移，我们就无法计算宇宙的尺度。目前宇宙中存在三种红移:多普勒红移、引力红移和宇宙学红移。
现在我们说光是电磁波，也可以说电磁波是广义的光。除了一些特定情况，电磁波和光一般是等价的。
光有两个特性:波长和频率，两者成反比。波长在780nm到380nm的电磁波，人的肉眼可以看到，对应的颜色依次是红、橙、黄、绿、蓝、紫。
一束波长为400纳米的紫光在宇宙中飞舞。由于空间的膨胀，波长会增加。当它到达地球时，波长可能变成750纳米。这时，原来的紫光会变成红光。宇宙中所有远离地球的星系发出的光，在到达地球之前，都会因空间膨胀或引力而波长增大。
在可见光端波长增大时，向红光方向移动，所以这种现象也叫红移。物理学家可以通过红移计算出发出这种光的星系与地球之间的距离。
现在的问题是，如果要通过红移计算距离，必须知道光束红移前的原始波长，然后结合它到达地球时的波长，就可以计算出波长差的比值。这个差值就是红移的量，然后你就可以通过红移和距离的关系计算出距离。
那么真实的情况是，我们无法直接测量原始波长，一束光中所有光子的波长在到达地球时都发生了红移。谁知道原来的波长是多少？
如果不能直接测量原始波长，那就另想办法，比如用吸收线。
吸收线对于大多数人来说是一个全新的概念，不要害怕去理解它。我写文案的时候已经普及了。
以氢原子为例。它的原子核外只有一个电子。
电子可以分布在原子核外不同能级的轨道上。电子能量不同，导致能级轨道不同。电子从一个能级移动到另一个能级，过程并不像宏观物质那样在到达另一个能级之前缓慢而连续地移动。
电子变轨是一个过渡，一步到位，中间没有过渡。
电子的每个轨道都有不同的能量值。假设氢核有三个能级，就有三个轨道。
轨道1的能级为-13.6ev，轨道2为-3.4ev，轨道3为-1.51ev。轨道1和轨道2的能量差是10.2ev，轨道2和轨道3的能量差是1.89ev，轨道1和轨道3的能量差是12.09ev，当一个光子的能量在轨道为一、二、三和一、三时只被电子吸收。可以用普朗克公式e = HC/λ来计算。能量为10.2ev的光波长为121.7nm，能量为1.89ev的光波长为656.7nm，能量为12.09ev的光波长为102.7nm。
一束光中有无数的光子，这些光子携带不同的能量。当一束光穿过氢原子时，只有能量正好是核外电子轨道能级差的光子才会被电子吸收。
这些具有特定能量的光子被电子吸收后，电子会释放出这些具有原始能量值的光子，但释放出的光子方向与原始方向不同，所以这些光子不属于原始光。如果我们从另一个角度再次观察这些释放的光子，就会形成发射线。以后有时间再说发射线。
当这束光穿过氢原子到达地球时，我们会发现波长为102.7nm、121.7nm和656.7nm的光已经消失了。
因为这些消失的光波长被氢核外的电子吸收，然后向其他方向释放。
如果根据这束光的光子波长做一个光谱，会发现光谱中少了一部分光，所以会有几段黑格，代表核外电子轨道跃迁时吸收的光。这是吸收线。
对于不同的原子，核外电子能级轨道是不同的，所以当一束光通过不同的原子时，不同原子的核外电子轨道跃迁所需的能量是不同的，不同能量的光子会被吸收，在光谱上留下不同的黑格分布。
通过黑格的分布，可以得出光通过了什么样的原子。正是通过这种方法，科学家们可以分析行星的构成。
说这么多是为如何通过吸收谱线判断红移量做铺垫。
太阳是宇宙中最常见的恒星，其主要成分是氢。太阳核心会发生核聚变，释放出大量光子。这些光子将从太阳核心开始，穿过太阳内部的大部分原子。当太阳再次到达地球时，你可以通过这些光子获得的光谱看到黑格的分布。
其中73%的黑格分布符合氢原子的吸收光谱，25%的黑格分布符合氦原子的吸收光谱，其余的黑格分布符合氧、碳、氖、铁原子的吸收光谱。所以我们可以确定太阳的成分，其中73%是氢，25%是氦。
假设我们现在接收到来自一个遥远星系的光，分析其中一部分光的吸收光谱，发现黑格之间的距离分布与太阳不一致，那么就证明了发出这些光的天体成分与太阳不同。那么红移就无法确定。
要知道，主序星太阳是宇宙中最常见的恒星。当它接收到来自遥远星系的光时，一定有来自太阳这样的恒星的光。仔细考察后会发现，星系发出的部分光的吸收线中黑格之间的距离分布与太阳一致，但这些黑格整体上向红端移动。
因此可以得出结论，与太阳成分相似的遥远星系中的恒星一定发出了这些光。
但由于红移效应，其吸收线的黑格会整体移动。所以我们可以肯定黑格在其吸收线上与红移前的太阳是一致的。这些黑格相对于太阳黑格整体移动了多少，然后它们向红色移动了多少。
通过修正，这些黑格移动到与太阳吸收线相同的位置，那么此时黑格位置所代表的波长就是红移前的原始波长，设定为λ。接收波长设置为λ。
红移z = λ-λ/λ。红移z是一个标量。根据哈勃-勒迈特定律，红移与星系间距离的关系为z = HD/c，其中c为光速，h为哈勃常数，d为星系与观测者的距离。因为H/C是一个固定的系数，星系与观测者的距离与红移成线性关系，距离越远，红移越大。将红移代入公式，就可以计算出银河系与地球的距离。
强烈推荐一本特别适合孩子学习物理的科普书！一分钟喜剧物理学